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Como habrán visto en nuestro canal de YouTube, Star Tres tuvo la oportunidad de visitar las instalaciones del CERN. Para no aburrirlos con un video de media hora, intentamos hacer un resumen de 5 minutos con lo mejor de nuestra visita. Pero sabemos que muchos de ustedes quieren saber más detalles de los lugares en los que pudimos estar, ¡así que en esta nota les contaremos muchas más cosas!

Si hay otros lugares que les gustaría que visitáramos, o cosas que les gustaría ver en los próximos vídeos, pueden dejarlo en los comentarios 🙂 .

Y si aún no ven el video, ¡no pierdan tiempo!

El CERN

cern_logoEL CERN o Consejo Europeo para la Investigación Nuclear (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, en francés) es una organización europea que tiene su sede principal en Meyrin, en la frontera entre Suiza y Francia. El CERN opera el más grande laboratorio de física de partículas del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones (Large Hadron Collider, LHC).

El CERN cuenta con 22 estados miembros, y al 2013 tenía 2.513 empleados, 12.313 personas asociadas, practicantes, científicos visitantes e ingenieros, que representan a 608 universidades y centros de investigación.

Su principal función es proporcionar los aceleradores de partículas e infraestructura necesaria para la investigación de la física de altas energías.

Pero como suele ocurrir en ciencia, en el intento de avanzar en un área, se desarrollan otras tecnologías necesarias para alcanzar este objetivo. Es así como, frente a la necesidad de poner sus instalaciones para procesamiento de datos a disposición de científicos alrededor del mundo, el CERN fue la cuna de la World Wide Web.

Los aceleradores y experimentos

Imágenes de los aceleradores. Créditos CERN.

Imágenes de los aceleradores. Créditos CERN.


La historia de aceleradores y experimentos del CERN comenzó en los años 50. Los aceleradores dados de baja incluyen:

  • CERN Neutrinos to Gran Sasso : De julio 2006 a diciembre 2012, el proyecto CNGS envió neutrinos muónicos desde el CERN hasta el Laboratorio Nacional Gran Sasso, a 732 kilómetros de distancia, en Italia.
  • Linear Accelerator 1 : También conocido como Linac 1, fue diseñado a comienzos de los 50 como un inyector para el Proton Synchrotron (PS). Aceleró su primer haz en 1958 y comenzó a funcionar por completo en 1959, cuando un haz de protones a 50MeV completó una vuelta al PS.
  • Intersecting Storage Rings : El ISC fue planeado en los años 60, con la idea de que hacer chocar dos haces de partículas frente a frente, generaría energías mucho más altas que colisionar un solo haz contra un objetivo fijo. Fue el primer colisionador de hadrones del mundo. Comenzó a operar de 1971 a 1984.
  • Large Electron-Positron Collider : Con su circunferencia de 27 kilómetros, el LEP era y es el más grande acelerador electrón-positrón jamás construido. Las obras comenzaron en 1985 y fueron completadas 3 años después, para entrar en operaciones en 1989. El complejo de aceleradores del CERN fue el encargado de proveer las partículas, y 4 enormes detectores (ALEPH, DELPHI, L3 y OPAL) observaban las colisiones. Desmantelado en el 2000, ahora su túnel de 27 kilómetros alberga al LHC.
  • Low-Energy Antiproton Ring : El LEAR desaceleraba y almacenaba antiprotones para experimentos. Fue construido en 1982 y operó hasta 1996, cuando fue transformado en el Low Energy Ion Ring (LEIR), que inyecta iones de plomo para el LHC.
  • Synchrocyclotron : Alcanzando energías de 600 MeV, el SC fue construido en 1957 y fue el primer acelerador del CERN. Proporcionaba haces para los primeros experimentos en partículas y física nuclear del CERN. Fue dado de baja luego de 33 años de servicio.

Pueden revisar los aceleradores actualmente en funcionamiento en el siguiente link, como también la lista de experimentos.

El Synchrocyclotron

El SC, primera parada de nuestra visita al CERN. Créditos: CERN.

El SC, primera parada de nuestra visita al CERN. Créditos: CERN.


El SC fue el primer lugar que visitamos estando en el CERN.
Un synchrocyclotron es una versión mejorada del ciclotrón. Aquí se aceleran partículas cargadas gracias al uso de campos magnéticos y eléctricos, estos últimos cambian de dirección a medida que las partículas se mueven en órbitas circulares. El cambio de dirección hace que una partícula cargada se sienta atraída y repelida de un lado y otro, y esto la va acelerando:

ciclotron

La diferencia entre el ciclotrón y el sincrociclotrón es que este último posee un sistema automático que varía el periodo del campo eléctrico alternante que se emplea para acelerar las partículas (como se ve en la imagen), de manera que sea siempre igual al periodo de los iones que se aceleran.

Como mencionamos antes, el SC que visitamos fue construido en 1957 y fue el primer acelerador del CERN. Proporcionaba los haces acelerados de partículas a los primeros experimentos de partículas y física nuclear del CERN. En 1964, esta máquina comenzó a concentrarse de forma exclusiva en la física nuclear, dejando la física de partículas al nuevo y más poderoso Proton Synchrotron.
El SC fue una máquina notablemente longeva. En 1967 comenzó a proporcionar haces al experimento ISOLDE, que aún lleva a cabo investigaciones que van desde la física puramente nuclear, hasta la astrofísica y la física médica. En 1990, ISOLDE fue transferido al Proton Synchrotron Booster, y el SC fue cerrado tras 33 años de servicio.

Durante nuestra visita pudimos ver una proyección de luces que nos explicó la construcción y funcionamiento del SC. Parte de esta proyección está en nuestro video resumen, pero si desean verla en su totalidad, les dejamos el video:

ATLAS

El experimento ATLAS. Créditos: CERN.

El experimento ATLAS. Créditos: CERN.


Nuestra segunda y última parada fue la sala de control del experimento ATLAS.

Siete experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones usan detectores para analizar las numerosas partículas producidas por las colisiones en el acelerador. Cada experimento es distinto y está caracterizado por los detectores que posee. Los más grandes de estos experimentos, ATLAS y CMS, usan detectores de propósito general para investigar el rango más amplio posible de física. Tener dos detectores diseñados de forma independiente es vital para confirmar con ambos cualquier descubrimiento hecho.

Los objetivos de ATLAS van desde la búsqueda del bosón de Higgs, hasta dimensiones extra y partículas que pudiesen formar materia oscura (objetivos que comparte con CMS, usando distintas soluciones técnicas y diseño de sistema de magnetos).

Los haces de partículas del LHC colisionan al centro del detector ATLAS, generando “escombros” de esta colisión en forma de nuevas partículas, que vuelan en todas direcciones. Seis sub-sistemas diferentes de detección se reparten en capas en torno al punto de colisión, y registran las trayectorias, momento y energía de las partículas, permitiendo que sean identificadas individualmente. Un enorme sistema de magnetos curva las trayectorias de las partículas cargadas, para que su momento pueda ser medido.

Las interacciones en los detectores de ATLAS generan un enorme flujo de datos. Para procesarlos, ATLAS utiliza un sistema para decidir qué eventos registrar y qué ignorar. Luego, los eventos registrados son analizados en grandes sistemas computacionales.

Con 46 m de largo, 25 m de alto y 25 m de ancho, el detector ATLAS de 7000 toneladas es el detector de partículas más grande (en volumen) alguna vez construido. Se ubica en una “caverna” a 100 m bajo el piso en la sede principal del CERN (bajo el mural que pudieron apreciar en nuestro video).

Lamentablemente, mientras se realizan colisiones, no se pueden visitar los experimentos que se encuentran bajo la superficie 🙁 . Es por eso que sólo pudimos entrar a la sala de control de ATLAS.

Pueden ver el video sobre cómo funciona ATLAS y cómo detecta las distintas partículas que se generan en las colisiones (lamentablemente no lo encontré en español o con subtítulos):

Fuentes:
Wikipedia, CERN
Past Accelerators, CERN
Wikipedia, Ciclotrón
Wikipedia, Sincrociclotrón
CERN, ATLAS

Recomendaciones:
En el blog Conexión Causal pueden encontrar muchas notas relacionadas con esta temática. Entre ellas, hay varias que tienen que ver con ATLAS. Pueden encontrar algunas de sus notas aquí.
También mis agradecimientos a Jorge Díaz que me aclaró varios conceptos previos a la redacción de esta nota 🙂 .